生产测井阵列成像仪在水平井的应用

尹国平，刘 恒，邹岳元，陈 雄，陈海祥

(川庆钻探工程有限公司测井公司 重庆 400021)

·仪器设备与应用·

生产测井阵列成像仪在水平井的应用

尹国平，刘 恒，邹岳元，陈 雄，陈海祥

(川庆钻探工程有限公司测井公司 重庆 400021)

水平井生产测井与常规直井生产测井有较大的差异。对于水平井而言，首先测井仪器需要特殊的输送工艺；其次测量井段更长，产出剖面更多；同时，流体在水平段流动时，由于油气水呈层状分离流动，并受井眼轨迹和各层产出的影响，存在复杂的流态变化，需要采用专门的阵列测井仪器和特殊的解释计算模型。介绍了目前主流的水平井生产测井阵列成像仪器的测量原理，以及水平井生产测井的输送工艺和在川渝地区的实际应用情况。实测资料表明，生产测井阵列成像仪在水平井中具有较好的应用效果，为油田的开采提供了可靠的依据。

生产测井；水平井；连续油管；爬行器；生产测井解释

0 引 言

为了提高油气单井产量或注入量，获得更高的采收率，水平井钻井在川渝油气田已取得了规模应用，目前川渝地区每年钻勘80多口水平井，占总数的80%以上。并且，随着非常规油气资源的开发利用日益广泛，特别是页岩气井正在成为搅动世界能源市场的中坚力量，水平井的应用得到了加速推广。根据美国经验，在页岩气藏中，采用水平井开采的日均产气量及最终产气量是垂直井的3～5倍，产气速率则提高10倍，而水平井的成本则不足垂直井的2～4倍。因此，水平井技术已经成为页岩气藏成功开发的关键因素之一。在川渝重点开发的长宁、威远和涪陵礁石坝页岩气井，90%以上是水平井。如何对水平井的产出剖面进行测量，为储层改造效果评价及开发方案调整和完善提供依据成为测井行业的一个重要课题。

传统的电缆测井方式难以将仪器送入井底，且由于水平井段流型的变化，老式的七参数生产测井仪采集的信息已不能正确进行产出剖面的计算，原有的解释方法也已不能适应生产的需求。因此，应用新的仪器传送方式，采用新的测井仪器，寻求更适用的解释方法，对水平井生产测井具有重要的现实意义。

1 阵列成像生产测井仪器简介

在水平井中进行生产测井作业，目前主要采用两种仪器系列，即Sondex的MAPS阵列成像仪器系列和Schlumberger的FSI阵列成像仪器系列。

MAPS阵列成像仪器系列由电容式阵列测持水率仪CAT、电阻式阵列测持水率仪RAT和阵列涡轮流量仪SAT三支仪器短节组成。测井时，除组合这三种短节外，还需要组合自然伽马、接箍、 温度、压力等Sondex通用的仪器短节[1]。

为了计算出各相产出剖面，MAPS阵列成像仪器的设计思路是测量井筒横截面上的流体持率和速度。故每支仪器短节上设计了弹簧笼，同一深度的每个弹簧片内壁安装有持率探头或涡轮转子，测井时需要采用居中测量。其中CAT、RAT均采用12根弹簧配12探头，CAT的阵列电容式微传感器通过测量周围靠近套管的流体的电容，根据油、气和水具有不同的电介常数，来确定某一深度处井筒截面的相态，能清楚地分辨出油和水。RAT的阵列电阻式微传感器通过鉴别水和碳氢化合物的不同电导率，判断流体性质，确定井眼截面的持水率，能清楚地辨出油气和水。MAPS阵列持水率仪器测井效果如图1所示。图1(a)中，水平段测量时，在弹簧笼的作用下，探头位于井筒横截面的四周，这有别于“传统”生产测井仪器只能位于井筒中间，从而能够准确测量水平段井筒横截面上高端到低端的不同持水率。图1(b)是阵列电阻持水率RAT实测的水平段流态在3605m处的横截面图， RATMN01～RATMN12是12个探头在截面上所处的位置，处理成像图中红色为气，蓝色为水，二者间的颜色为气水混相，实测结果中可以明显地看到气水分层流动的特征。

图1 MAPS阵列持水率仪器测井效果图

MAPS阵列涡轮仪器测井效果图如图2所示。SAT采用6根弹簧片配6个涡轮转子，同样位于井筒横截面的四周，如图2(a)所示。SAT采用高灵敏度的宝石轴承转子，有利于采集井筒高端到低端的不同流速。图2(b)为上测时水平段流体流速在4 396 m处的截面图，SPIN1～SPIN6是6个涡轮转子位置，成像着色定义是红色越深表明涡轮正转越快，蓝色越深表明涡轮负转越快。图2(b)中，3、4号涡轮位于井筒横截面的高端，涡轮转子在正转，1、6号涡轮位于低端，涡轮转子略有负转，井筒横截面顶部的流速最快，这与该段气水两相，且位于上坡流井段的特征是吻合的。故CAT、RAT、SAT三者组合测量，就能提供比较清晰和真实的井下流态[2]。

图2 MAPS阵列涡轮仪器测井效果图

FSI阵列仪器与MAPS阵列仪器测量原理近似，差别在于除了舍弃易受高矿化度地层水或高含水流体影响的电容式持水率探头，配备直接测持气率的光栅式探头外，探头数量和布局上存在较大差异。其设计思路为仪器沿线采集井筒从高端到低端的不同持率和流速，如图3所示。因此仪器设计为三角形测量臂形式，一个臂上有五个电阻式持水率探针和五个光学式持气率探针，另一个臂上有四个微转子流量计，仪器壳体上还有第五个转子流量计和第六对电探针和光学探针，测量井筒底端的流动。其测量方式为偏心测量。两种仪器的综合性能指标比较接近，见表1。

图3 FSI阵列生产测井仪在水平段横截面上位置关系示意图

内容MAPSFSI外径/mm42.942.9长度/m3.84.9重量/kg24.149耐温/℃177150耐压/MPa104103三相持率测量精度±10%±10%流速测量精度±10%±10%最小限制/mm4946

2 水平井生产测井工艺

在水平井中进行生产测井作业时，除了井口带压的井控工艺外，另一个核心是如何把仪器送至水平段目的层。在现有生产测井应用中，主要有爬行器和连续油管两种输送方式[3]。

爬行器输送工艺是把爬行器和下井仪器组合，通过电缆下放至遇阻，然后由爬行器推动仪器至井底进行测量的工艺。该方法具有工艺简单，深度准确、测井成本低的优点。其不足之处主要是对井壁光整度，井液清洁度要求较高，遇阻遇卡风险大；且推力较小，爬行器滚轮磨损大，一次下井爬行距离短，难以满足生产测井多种速度、多次起下的要求。

连续油管测井作业主要有两种，一种是存储式测量方式，连续油管不需要穿电缆，通过井下电池对仪器供电，井下存储短接对采集的数据进行存储，施工结束仪器提出井后对测井采集数据进行下载和处理。该工艺的优点是连续油管不受穿电缆的限制，只要有合适的连续油管设备就可以施工作业，应用范围广。其不足的方面是，井下仪器采用电池供电，无法实时监控井下仪器的工作状态，在测量采集过程中出现的异常情况也无法及时处理，对测量结果只能在仪器提出井后才能知晓。另一种是实时在线测量方式，在连续油管中穿电缆，井下仪器和地面系统通过电缆直接进行实时通讯，在施工作业的全过程中可以实时监控测井资料质量和仪器工作状态，对出现的异常情况能够及时处理，保障了测井资料的可靠性和施工作业的安全可靠。不足之处是在使用过程中，要受穿电缆连续油管的长度限制，应用范围受到局限。

在连续油管测井作业过程中，在工艺上需要注意的是解决连续油管与测井系统间的深度匹配问题，该问题有两种解决方案，第一是直接将连续油管编码器的深度信号引入测井系统，但需重置测井系统深度脉冲数；第二种方案将测井系统自己的深度采集装置安装在连续油管车的深度测量轮上。就测井深度的准确性而言，后者优于前者。从采用穿电缆的连续油管测井的应用情况看，该工艺对于解决较为复杂的页岩气水平井生产测井效果是最好的，测井风险也相对更容易控制。

3 生产测井阵列成像仪在水平井中的应用实例

川庆测井公司在四川某页岩气田成功地对Y12-XH井进行了水平井生产测井。该井采用分簇式射孔，在2 875～4 200.5 m的井段内，分16段45簇，所有射孔层位均位于Ⅰ类页岩气储层，并实施了多级加砂压裂，每段进液量在1 491.8～2 232 m3之间，进砂量在30.4～70.6m3之间，平均砂比在1.8～4.1%之间。测量段井斜86.1°～89.6°，测井时地面产量稳定在气29×104m3/d，水3～4 m3/d。

该井使用MAPS阵列成像测井仪器，采用穿电缆的连续油管输送，实现了多种测速，多次起下的测井工艺。本井在测井时，井内较“脏”，仪器测量臂处带出大量桥塞碎片，最终在3 800 m以下有4段压裂段未能取到有效资料。

图4为处理得到的截面流型与井眼轨迹对比图，图中可见，井下气、水呈明显的分层流动特征，并且，随着井眼轨迹变化以及射孔段位置的产出影响，总体呈现出波状流特性[4]。

图5为该井的产出剖面分段计算成果图。第二道为层段道，绿色为压裂段，红色为射孔段，黄色为转子刻度段，灰色为流速计算区，白色为根据压裂段定义的产出层段，其中3 800 m以下未能测到资料的4段压裂段合为一个产出段。第七、八、九道中红色为气，蓝色为水，其中第七道把井眼轨迹，射孔段和气水持率合在一起，可以直观判断井下流型变化。第五、六道分别是MAPS阵列仪器测量计算的流速和持水率、持气率，以及非线性回归算法计算得到的流速和持水率、持气率质量控制曲线。根据解释计算质量控制方法，计算的流速和持率与实际测量的流速和持率拟合度较高，普遍在80%～90%以上，表明本井的计算模型和参数选择是合理的，其计算结果具备较高的可信度。从成果图中可以看出，几乎每一个压裂段都有明显的产出，表明该井的分段压裂储层改造效果较好。

图4 生产测井流态变化图

综合来看，该井的计算结果准确地为油气田开发方提供了各层产出贡献情况，明确了主要产水层位，并对裸眼解释的符合情况、分簇式射孔与多级加砂压裂效果的评价提供了更加直观的依据。

图5 产出剖面分段计算成果图

4 结 论

水平井生产测井的应用为油气田开发、特别是目前的页岩气藏开发提供了较好的决策依据，随着阵列成像生产测井仪器的应用和水平井解释模型的进一步完善，在为甲方解决分层产出贡献，确定主要气水层等方面，已经具备了较高的指导意义。但是，水平井中由于桥塞碎片等杂物较多对测井资料质量的影响，以及水平井中积水回流等因素对生产测井解释的影响仍是需要进一步研究的[5]。

[1] 杨继波，王雅丽，王佳凡，等.SONDEX 生产测井组合仪的设计特点及对比应用[J].石油仪器，2007，21(2)：39-43.

[2] 戴家才，郭海敏，刘 恒，等.电容阵列仪测井资料流动成像算法研究[J].测井技术，2010，34(1)：27-30.

[3] 王兆东,路立军，雷 军，等.水平井气井生产测井施工工艺及应用[J]，国外测井技术，2010，31(2)：64-66.

[4] 郭海敏，戴家才，陈科贵.生产测井原理与资料解释[M].北京：石油工业出版社，2007：209-212.

[5] 彭小娇，陈 职，张云善等.水平井积液机理初探[J].石化技术，2015，35(2)：136-137.

Application of Array Image Tools of Production Logging in Horizontal Wells

YIN Guoping, LIU Heng, ZOU Yueyuan, CHEN Xiong, CHEN Haixiang

(CNPCChuanqingDrillingEngineeringCompanyLimitedLoggingBranch,Chongqing400021,China)

There are great differences between horizontal well production logging and conventional vertical well production logging. For the horizontal well, firstly the logging tools need special transportation technology. Secondly, the logging interval is longer, and the number of production layer increases. Meanwhile, because of oil-gas-liquid stratified flow, when the fluid flow in the horizontal segment, which is affected by the well trajectory and different reservoirs’ productions, and the flow patterns become complicated, so the special array logging tools and particular interpretation models are needed to solve those problems. The measuring principle of present mainstream array image tools of the horizontal well production logging and the horizontal well production logging transportation technology are introduced with its practical application situations in Chuan-yu area. Practical logging data indicates that the tools have been applied well in horizontal wells, which can provide reliable foundations for exploitation of oilfields.

production logging; horizontal well; coiled tubing; tractor; production logging interpretation

尹国平，男，1966年生，高级工程师，1989年毕业于西安石油学院测井专业，现从事测井技术管理工作。E-mail:yinguop_sc@cnpc.com.cn

P631.8+1

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2096-0077(2016)06-0059-04

2015-12-23 编辑：姜 婷)